Fonctions et caractéristiques des roulements et des paliers (1) - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Fonctions et caractéristiques des roulements et des paliers (1)

1. Introduction

Les principales fonctions des roulements et des paliers sont de supporter et de centrer les arbres de machines, de diminuer la friction absorbée, et de transmettre les charges à différentes vitesses et températures de fonctionnement. Il y a avantage à les utiliser, car ils ont un coefficient de friction plus bas au démarrage d'un équipement. Ils sont compacts, extrêmement précis, ils s'usent moins vite que les coussinets et sont faciles à remplacer en vertu de leurs dimensions normalisées et des équipements disponibles.

Durée de vie :

Dans des conditions de fonctionnement spéciales, les roulements peuvent atteindre une durée de vie plus longue que la durée normale calculée.

Les conditions spéciales impliquent que les surfaces en contact soient séparées continuellement par un film d'huile et qu'aucune impureté ne soit en contact avec les surfaces en mouvement. La durée de vie d'un roulement se définit par le nombre d'heures de fonctionnement à vitesse constante que le roulement peut faire avant de manifester des signes de fatigue. Ces durées sont calculées par des essais en laboratoire. La durée moyenne équivaut à cinq fois la durée nominale calculée. Le concept avec lequel on travaille en mécanique industrielle est le concept de la durée de service qui est déterminée par le constructeur de l'équipement. La durée de service est la durée réelle atteinte par un roulement donné avant qu'il ne devienne inutilisable. La défaillance n'est généralement pas causée par la fatigue, mais par l'usure, la corrosion, la pollution, des joints, une fuite, etc. Malgré toutes les précautions, les roulements peuvent éprouver des défaillances prématurées. Dans ce cas, on les examine et on détermine les causes afin de prendre des mesures préventives.

2. Nomenclature

Pour être en mesure d'utiliser la bonne terminologie et de faciliter la compréhension des notions qui vont suivre, les illustrations suivantes (figure suivante) permettent d'identifier les éléments des neuf principaux types de roulements. Repérez chaque composante sur la figure, puis cochez lorsque vous l'avez bien identifiée.

Nomenclature des roulements :

Source : SKF.

Les termes utilisés sont conformes aux normes de la AFBMA (Antifriction Bearing Manufacturers Association Inc.) et sont reconnus par les fabricants de roulements antifriction.

1. Bague intérieure.

2. Chanfrein de la bague intérieure.

3. Voie de la bague intérieure.

4. Voie de la bague extérieure.

5. Bague extérieure.

6. Bille.

7. Suralésage.

8. Face supportant la charge axiale.

9. Chemin de roulement de la bague extérieure.

10. Chemin de roulement de la bague intérieure.

11. Chanfrein de la bague extérieure.

12. Rouleaux sphériques.

13. Trous de graissage.

14. Bague de guidage.

15. Chemin de roulement de la bague extérieure d'un roulement à rouleaux sphériques.

16. Côté de la bague intérieure.

17. Côté de la bague extérieure.

18. Rouleaux cylindriques.

19. Épaulement de localisation.

20. Face avant du cône assemblé.

21. Épaulement, face avant du cône.

22. Cuvette (bague extérieure).

23. Rouleaux coniques.

24. Épaulement, face arrière du cône.

25. Face arrière du cône.

26. Encoche.

27. Cône (bague intérieure).

28. Cage.

29. Cage de la butée.

30. Face.

31. Rondelle-arbre.

32. Rondelle-logement.

33. Douille.

 

3. Construction

Les principales parties d'un roulement sont : la bague extérieure, la bague intérieure, les billes ou les rouleaux et la cage (figure ci-dessous).

Parties d'un roulement :

Source : SKF.

Toutes les parties d'un roulement sauf la cage sont faites d'acier trempé et sont rectifiées selon des normes standard. Les cages peuvent être composées de différents matériaux et peuvent prendre différentes formes selon les types et les dimensions. Le but principal de la cage est de maintenir les éléments roulants à une distance appropriée les uns des autres et d'éviter un contact immédiat entre les éléments roulants pour diminuer la chaleur et le frottement. La cage sert aussi à retenir la graisse afin d'assurer une bonne lubrification. Il existe différents types de cages sur les roulements : les cages en polyamide, en acier, en laiton, en plastique ou en alliage.

Cages en polyamide :

Lorsqu'on utilise des roulements dont la cage est en polyamide, il est important de tenir compte des températures de fonctionnement. Si elles sont dépassées, la cage vieillira prématurément. La température d'opération devrait se situer entre - 20°C et 100°C. Pour des températures entre - 40°C et + 120°C, une cage en acier sera recommandée. Les solvants organiques normalement utilisés pour nettoyer les roulements ne modifient pas la propriété des cages.

Cages en acier :

Ces cages sont faites de tôle d'acier embouti et sont adaptées pour de nombreux roulements à billes, roulements à rotules et roulements à rouleaux coniques. Les cages en acier peuvent être utilisées jusqu'à des températures de 300°C. Elles ne sont pas touchées par les lubrifiants synthétiques ni par les solvants. Toutefois, il y a risque de corrosion en présence de l'eau.

Cages en laiton :

La plupart des cages en laiton sont usinées à partir d'une ébauche moulée ou forgée. Certaines sont embouties et sont utilisées pour les roulements de petites et moyennes dimensions. Les cages en laiton ne doivent pas être utilisées à des températures supérieures à 300°C. Les lubrifiants habituellement utilisés ainsi que les solvants organiques normaux ne les touchent pas ; par contre, les nettoyants alcalins ne sont pas recommandés. Il faudra éviter d'installer ce type de roulement dans les systèmes de réfrigération à l'ammoniac, car en présence du laiton ce gaz provoque des fissures. La cage peut se détériorer et entraîner des bris de fonctionnement.

Types de roulements et fonctions :

Chaque roulement possède des caractéristiques qui le rend plus approprié à une application particulière. Un des premiers facteurs à considérer est le rendement du roulement. Le deuxième facteur qu'on doit prendre en considération est la facilité de remplacement par un roulement du même type. Les roulements comprennent des roulements radiaux pour les charges radiales et des roulements axiaux ou de butées pour les charges axiales. Certains types de roulements sont conçus pour supporter des charges combinées. Pour supporter des charges légères ou moyennes, on utilise des roulements à billes. Pour les charges fortes, on utilise des roulements à rouleaux et pour de fortes charges axiales, on utilise des roulements de butées à billes ou à rouleaux. Il est important de se rappeler qu'une charge est dite radiale lorsqu'elle est perpendiculaire à l'arbre, tandis qu'une charge axiale agit parallèlement à l'axe de l'arbre.

Roulements radiaux :

Sur les machines, beaucoup de charges sont supportées radialement, sur les axes, d'où l'existence d'un plus grand nombre de roulements radiaux. Certains de ces roulements sont capables d'accéder à des charges axiales avec une limite permise.

Roulements rigides à billes :

Ces roulements (figure suivante) peut posséder une ou deux rangées de billes. Ils sont conçus pour supporter, outre les charges radiales, les pressions axiales dans n'importe quel sens, et ce, à des vitesses de rotation élevées. L'avantage découle de l'ajustage de ses billes dans une gorge profonde.

Roulements rigides à billes :

Source : SKF.

Les roulements à deux rangées ont l'avantage de prendre les déplacements axiaux en plus de supporter une plus grande charge. Ces types de roulements existent avec des joints d'étanchéité et des segments d'arrêt.

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